一种糖基聚羧酸减水剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种糖基聚羧酸减水剂及其制备方法。该糖基聚羧酸减水剂由不饱和糖基单体与不饱和的亲水性丙烯酸及酯类单体通过自由基共聚反应而成。其制备方法包括：分别利用酯化反应和中和反应制得不饱和酯基化合物和改性糖类化合物；通过上述两种化合物的取代反应可得不饱和糖基单体；通过不饱和糖类单体与不饱和的亲水性丙烯酸及酯类单体的自由基共聚反应即得所述混凝土减水剂。本发明专利技术所述减水剂减水率高，能有效吸附并分散水泥颗粒，显著改善混凝土的和易性，其制备过程绿色环保、温和高效，且主要原料之一糖类化合物来源广泛，价格低廉，具有良好的缓凝和改善混凝土和易性的性能，可有效降低减水剂的材料成本。可有效降低减水剂的材料成本。

【技术实现步骤摘要】
一种糖基聚羧酸减水剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于混凝土建材添加剂领域，具体涉及一种糖基聚羧酸减水剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]在配置混凝土时加入少量减水剂，不仅能显著改善混凝土的性能，还可节约水泥用量，提高经济效益。从上世纪三十年代开发的木质素磺酸盐到近些年备受关注的聚羧酸系减水剂，减水剂种类日渐丰富，其性能也不断提升，已成为混凝土中不可或缺的组分之一。另一方面，人类正面临有史以来最严重的环境危机，环保问题已成为制约社会发展的严峻问题。因此，发展绿色化学、使用可持续材料(比如各种生物质材料)是缓解上述问题的有效手段之一。
[0003]在混凝土减水剂领域，传统的制备过程可能存在严重的环境污染，比如大量使用有机溶剂或甲醛，而且随着石油资源的日益匮乏，以丙烯酸酯为主要原料的聚羧酸系减水剂亦面临资源短缺的问题。而糖类化合物(比如蔗糖、麦芽糖等)作为可再生的天然化合物，来源广泛，价格低廉，是一类非常理想的环境友好型原材料。
[0004]若用糖类化合物替代或部分替代依赖石油的丙烯酸酯类单体以合成混凝土减水剂，无疑具有显著的环保和经济价值。从结构上看，糖基聚羧酸减水剂含有大量亲水性基团(如羟基、羧基等)，可吸附在水泥颗粒表面形成稳定的双电层水膜，通过静电斥力促进水泥颗粒的分散。结合其空间位阻效应，可进一步阻碍水泥颗粒絮凝，保持坍落度，增加混凝土拌合物的流动性。而且羧基可与水泥表面的阳离子(如Ca2+)形成络合作用，延缓Ca(OH)2晶体的形成，阻碍水泥水化，最终起到润湿、缓凝、分散和改善混凝土和易性的作用。
[0005]专利CN111378115A公开了一种糖基减水剂及其制备方法。首先在多羟基糖类单体上接枝短聚醚侧链，然后通过磷酸酯化反应获得交联的超支化结构，最后通过羧酸酯化反应在部分聚醚侧链上引入羧酸基团，即得糖基减水剂，其具有良好的缓凝效果，可改善混凝土的和易性。
[0006]专利CN106279559A公开了一种糖类酯化物改性聚羧酸减水剂及其制备方法。通过不饱和羧酸与多羟基糖类化合物的酯化反应获得糖基酯化料，然后将其与不饱和羧酸、不饱和醇聚醚通过自由基共聚反应制备了缓凝型聚羧酸减水剂。
[0007]专利CN108383956A公开了一种含有壳聚糖的聚羧酸系减水剂及其制备方法。首先制备含环氧基的不饱和壳聚糖，将其与丙烯酸酯类单体、甲基丙烯酸酯类单体、酸酐、聚氧化烯烃进行共聚反应，即得壳聚糖基高性能减水剂。其减水率高，可保障混凝土良好的和易性和保坍性。
[0008]上述研究结果表明，在减水剂结构中引入糖类单体，可有效改善水泥的和易性，增加缓凝或降粘效果。目前这类减水剂的制备，主要通过非均相的酰化/酯化反应合成具有梳型或星型结构的糖基聚羧酸减水剂，反应过程较为复杂或反应条件相对苛刻。

技术实现思路

[0009]本专利技术要解决的技术问题，在于提供了一种糖基聚羧酸减水剂及其制备方法，基于较低温度下、水系均相体系中的酯化、取代、自由基共聚反应，其制备条件温和，减水率高，能有效吸附并分散水泥颗粒，性价比好，主要原料之一糖类化合物来源广泛，价格低廉，具有良好的缓凝和改善混凝土和易性的性能，可有效降低减水剂的材料成本。
[0010]为实现上述目的，本专利技术所述减水剂及其制备步骤如下：
[0011]本专利技术的糖基聚羧酸减水剂，该糖基聚羧酸减水剂由不饱和糖基单体与亲水性丙烯酸及酯类单体通过自由基共聚反应而成，所述的不饱和糖基单体由卤代不饱和酯基化合物与改性糖类化合物的取代反应制备而成。
[0012]这种糖基聚羧酸减水剂，所述亲水性丙烯酸及酯类单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯中的至少一种。
[0013]本专利技术的糖基聚羧酸减水剂的制备方法，具体步骤如下：
[0014]S1、在80℃及搅拌条件下，往反应釜中加入丙烯酸酯类化合物、卤代有机酸。待搅拌形成均相溶液后，向反应釜中加入浓硫酸作为活化剂，保温反应8h，冷却至常温即得卤代不饱和酯基化合物。其中浓硫酸的质量为化合物A与化合物B总质量的1％。
[0015]S2、在40℃及搅拌条件下，往反应釜中加入糖类化合物、氢氧化钠、水，保温反应8h，冷却至常温即得改性糖类化合物。
[0016]S3、在40℃及搅拌条件下，往反应釜中加入步骤S1和S2所得的卤代不饱和酯基化合物和改性糖类化合物，保温反应8h，冷却至常温即得不饱和糖基单体。
[0017]S4、在40℃及搅拌条件下，往反应釜中加入步骤S3所得的不饱和糖基单体、亲水性丙烯酸及酯类单体、催化剂、链转移剂、水，保温反应8h，冷却至室温即得混凝土减水剂成品。
[0018]步骤S1中丙烯酸酯类化合物、卤代有机酸的用量摩尔比为1：0.8～1。
[0019]步骤S2中糖类化合物、氢氧化钠的用量摩尔比为1：1～1.2。水的质量为前述两种化合物总质量的2～4倍。
[0020]步骤S3中不饱和酯基化合物、改性糖类化合物的用量摩尔比为1：0.8～1。
[0021]步骤S4中不饱和糖基单体、亲水性丙烯酸及酯类单体、催化剂、链转移剂、水的用量质量比为70：30：1：1：150
‑
200。
[0022]所述丙烯酸酯类化合物为甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丁酯中的至少一种。
[0023]所述卤代有机酸为氯乙酸、溴乙酸、氯丙酸、溴丙酸中的至少一种。
[0024]所述糖类化合物为葡萄糖、蔗糖、棉子糖、山梨糖、麦芽糖中的至少一种。
[0025]所述催化剂为过硫酸钾、过硫酸铵中的至少一种；所述链转移剂为巯基乙醇、巯基乙酸中的至少一种。
[0026]反应机理：
[0027][0028]作用机理：
[0029]本专利技术的不饱和糖基单体是模仿聚羧酸减水剂大单体(2+2型单体EPEG)结构而设计的。
[0030]糖基特殊的分子构象具备较大的空间位阻，在水泥颗粒表面形成了更厚的吸附层，有效阻止了水泥颗粒的聚集。糖基中含有大量的羟基，但是每一个结构单元的糖分子中只有一个羟基具备较高的反应活性，传统的通过酯化反应(＞80℃)将糖基进行改性会破坏糖基的分子结构，本专利技术利用卤代有机酸在氢氧化钠碱性环境下发生的亲核取代反应，在不饱和糖基单体中成功引入醚基。丙烯酸酯类化合物和卤代有机酸的酯化提高了不饱和糖基单体的分子链长，同时也丰富了分子链结构，不饱和糖基单体中的羟基和酯基表现出一定的缓凝和分散效果。
[0031]本专利技术采用“一锅法”和低温(40℃)相结合的合成方法制备得到糖基聚羧酸减水剂，较“分步滴加”方式和“高温合成”，该专利技术制备的减水剂多分散系数高于“分步滴加”制备的减水剂，其分散性能也优于“分步滴加”制备的减水剂。
[0032]本专利技术具有如下的优点和有益效果：
[0033]1、以来源广泛、绿色环保、价格低廉的小分子糖类化合物部分替代丙烯酸和丙烯酸酯类单体，有效降低了减水剂的材料成本；
[0034]2、糖类化合物的亲水性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种糖基聚羧酸减水剂，其特征在于：该糖基聚羧酸减水剂由不饱和糖基单体与亲水性丙烯酸及酯类单体通过自由基共聚反应而成，所述的不饱和糖基单体由卤代不饱和酯基化合物与改性糖类化合物的取代反应制备而成。2.如权利要求1所述的糖基聚羧酸减水剂，其特征在于：所述亲水性丙烯酸及酯类单体为丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯中的至少一种。3.一种糖基聚羧酸减水剂的制备方法，其特征在于具体步骤如下：S1、在80℃及搅拌条件下，往反应釜中加入丙烯酸酯类化合物、卤代有机酸；待搅拌形成均相溶液后，向反应釜中加入浓硫酸作为活化剂，保温反应8h，冷却至常温即得卤代不饱和酯基化合物；其中浓硫酸的质量为丙烯酸酯类化合物与卤代有机酸总质量的1％；S2、在40℃及搅拌条件下，往反应釜中加入糖类化合物、氢氧化钠、水，保温反应8h，冷却至常温即得改性糖类化合物；S3、在40℃及搅拌条件下，往反应釜中加入步骤S1和S2所得的卤代不饱和酯基化合物和改性糖类化合物，保温反应8h，冷却至常温即得不饱和糖基单体；S4、在40℃及搅拌条件下，往反应釜中加入步骤S3所得的不饱和糖基单体、亲水性丙烯酸及酯类单体、催化剂、链转移剂、水，保温反应8h，冷却至室温即得混凝土减水剂成品。4.如权利要求3所述的糖基聚羧酸减水剂的制备方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿光强，王继亮，徐顺涛，苏玉玲，
申请(专利权)人：云南森博混凝土外加剂有限公司，
类型：发明
国别省市：